TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围

功率器件

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描述

  TVS管的优缺点

  优点:

  ①击穿(导通)前相当于开路,电阻很大,没有漏电流或漏电流很小;

  ②击穿(导通)后相当于短路,可通过很大的电流,压降很小;

  ③具有双向对称特性。

  ④响应速度都很快,ns级。

  ⑤击穿电压一致性好。

  缺点:

  ①通流量较小,只有几百A。

  ②击穿电压只有若干特定值。

  ③电容较大,有几十至几百pF

  TVS管有单向与双向之分

  TVS管有单向与双向之分(单向的型号后面的字母为“A”,双向的为“CA”),单向TVS管的特性与稳压二极管TVS管使用时,一般并联在被保护电路上。为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP,应在线路上串联限流元件,如电阻、自恢复保险丝、电感等。相似,双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。

功率

  TVS管工作原理

  器件并联于电路中,当电路正常工作时,它处于截止状态(高阻态),不影响线路正常工作,当电路出现异常过压并达到其击穿电压时,它迅速由高阻态变为低阻态,给瞬间电流提供低阻抗导通路径,同时把异常高压箝制在一个安全水平之内,从而保护被保护IC或线路;当异常过压消失,其恢复至高阻态,电路正常工作。

  TVS允许的正向浪涌电流在TA=250C,T=10ms条件下,可达50~200A。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率,并把电压钳制到预定水平, 双向TVS适用于交流电路,单向TVS一般用于直流电路。可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等,是一种理想的保护器件。耐受能力用瓦特(W)表示。

  TVS二极管可以很方便地与其它器件集成在一个芯片上,现有很多将EMI过滤和RFI防护等功能与TVS管集成在一起的器件,不但减少设计所采用的器件数目降低成本,而且也避免PCB板上布线时易诱发的伴生自感。

  从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。 TVS的反应速度绝对比RC回路快的多,抑制反向的用单向TVS, 有交流的用双向TVS。

  TVS管的功率计算

功率

  上图是常见的汽车电源部分的原理图,分别是防反接模块和LDO模块,我们的客户要求ISO7637-2脉冲5为40V/400ms,内阻2欧姆,我开始时用的SMBJ20CA,结果TVS管被烧毁,后改成SMBJ36CA,现在可以过ISO7637-2脉冲5。

  问题:

  1)TLE42644G的输入电压最大40V,SMBJ36CA的Vbrmin=40V, Vrsm=58.1V,在上述模块中我认为SMBJ36CA没有起到任何作用,按TVS管的选型标准,此刻我应选择符合Vrsm<40V和Vbrmin>18V(电源电压)的TVS管,但不知要承受客户要求的400ms的TVS管功率该如何计算?

  2)若客户无特殊要求,按ISO7637-2脉冲5的标准我是否需要选取能承受输入电压高的LDO?这样可以选择高电压的TVS管,减小TVS管上的功耗?

  回答:

功率

  这个脉冲的能量是最大的,TVS起到的作用,是将电压稳定在一定的范围之内。

功率

  我在书里面的计算方法,是将TVS等效成一个可变电阻,在整个过程中,将加在上面的最大的功率给核算出来。

  实质上,我在书里面可能肤浅了些,这里针对us级别的脉冲,核算静态功率,因为这个的失效机理属于瞬间的热失效;而针对这种40ms~400ms的,可以首先计算两个最终的阻抗:

  对于SMBJ20CA而言:

  第一阶段,此时TVS的电阻无穷大,电压很快上升至22.2~24.5V,TVS管开始击穿

  第二阶段,TVS的电压上升,其阻抗开始下降,整个过程中,电压上升至32.4V,此时等效电阻为1.74Ohm,电流为10.7A,这是最高的电流

  第三阶段,TVS管的电压开始下降,阻抗变大,电压在一个稳定的范围内,这个稳态值可以用迭代的方法进行计算,在书中的线性的方法其实是一种假设。为了计算方便,我们假定这里稳定的电压就是24.5V+2V,此时的电阻为4Ohm,功率为175W.毫无悬念,这是肯定要被烧掉的。

  因此大多数的车子,都在努力在发电机那块加入中央抑制器,将脉冲能量直接直接吸收,这里不能使用表贴的了。而且上方的大多数元件,需要能够承受40V的耐压值了。

  SMBJ36CA,承受的能量是非常有限的,所以不会烧毁,但是整个后级系统就承受了很大的电压。

功率

  所以这里最好是采用仿真的方法去进行确认,如下图所示:

功率

  脉冲的产生机理:在断开电池的同时,交流发电机正在产生充电电流对蓄电池充电,而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态 Pulse 5 is a simulation of a load dump transient occurring in the event of a discharged battery being disconnected while the alternator is generating charging current with other loads remaining on the alternator circuit at this moment。

功率

  TVS管的使用范围

  1、RS232/RS422/RS485分界面卡

  2、XDSL和ISDN、HDSL传输设备

  3、用户前端设备,如:电话、调制解调器等

  4、Centralofficelinecards

  5、T1/E1

  6、PBX和其它交换设备

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